第11章 运行特性

1、第第1111章章 发动机的运行特性发动机的运行特性 水力测功器的工作范围如图； 水力测功器工作范围 n线段A A、B B、C C、D D、E E所围成 的面积为测功器工作范围： 线段A A为测功器在最大负荷调节 位置； 线段B相当于测功器转子和轴允 许的最大转矩下的强度限制线； 线段C为测功器出水温度达到最大允许值的功率限制线； 线段D为受离心力负荷或轴承允许转速所限制的最高转速限制线； 线段E相当于测功器空转时能测量的最小转矩和功率特性。 典型水力测功器测功范围 四、四、台架试验综述台架试验综述 台架试验内容十分广泛，我国规定有统一的试验标准：台架试验内容十分广泛，我国规定有统一的试验标准：

2、 19841984年颁布了机械工业部汽车发动机试验方法的标准年颁布了机械工业部汽车发动机试验方法的标准 （JB3743JB37438484） 19871987年制定了内燃机台架试验方法年制定了内燃机台架试验方法（GB1105.1GB1105.1 11051105.3.38787） 发动机使用中的最大功率与下列外界因素有关：发动机使用中的最大功率与下列外界因素有关： 发出相应功率的持续时间发出相应功率的持续时间 测定时的大气状况测定时的大气状况 发动机所带附件发动机所带附件 进气管和空气滤清器阻力、排气背压等进气管和空气滤清器阻力、排气背压等 各标准对上述问题都作了严格规定，并且对测量仪器的精各

3、标准对上述问题都作了严格规定，并且对测量仪器的精 度、重要参数的测量精度等也有规定。度、重要参数的测量精度等也有规定。 功率标定功率标定 在发动机铭牌上标定的功率，均为使用中允许的最大功在发动机铭牌上标定的功率，均为使用中允许的最大功 率。国家标准（率。国家标准（GB1105.1GB1105.18787）规定，按用途和使用特）规定，按用途和使用特 点，功率可分为以下四种：点，功率可分为以下四种： 15min15min功率：可用于汽车、摩托车、摩托艇等发动机功率：可用于汽车、摩托车、摩托艇等发动机 的功率标定；的功率标定； 1h1h功率：可用于拖拉机、工程机械、船舶等发动机的功率：可用于拖拉机、

4、工程机械、船舶等发动机的 功率标定功率标定； 12h12h功率：可用于拖拉机、农业排灌、电站等发动机功率：可用于拖拉机、农业排灌、电站等发动机 的功率标定；的功率标定； 持续功率：可用于农业排灌、电站、船舶、铁路牵引持续功率：可用于农业排灌、电站、船舶、铁路牵引 等发动机的功率标定。等发动机的功率标定。 大气修正大气修正 大气状况是指发动机运行地点的环境大气压力、大气状况是指发动机运行地点的环境大气压力、 大气温度和相对湿度；大气温度和相对湿度； 同一台发动机由于在不同大气状况下使用，其性同一台发动机由于在不同大气状况下使用，其性 能差别很大。需要规定一种标准大气状况，并且能差别很大。需要规定

5、一种标准大气状况，并且 还应有一种办法，把在不同大气状况下试验所得还应有一种办法，把在不同大气状况下试验所得 的结果，换算成标准大气状况下的数值；的结果，换算成标准大气状况下的数值； 国家标准（国家标准（GB1105.1GB1105.18787）规定了一般用途的往）规定了一般用途的往 复活塞式柴油机和汽油机的标准环境状况是：复活塞式柴油机和汽油机的标准环境状况是： 大气压大气压p p0 0=100kPa=100kPa，相对湿度，相对湿度0 0=30=30， 环境温度环境温度T T0 0=298K=298K或或2525（Page132Page132）。）。 发动机速度特性发动机速度特性 发动机性

6、能指标随转速变化的关系称为发动机性能指标随转速变化的关系称为速度特性速度特性 ；以曲；以曲 线表示，则称为速度特性曲线；线表示，则称为速度特性曲线； 若驾驶员将油门踏板位置保持一定，由于道路阻力不若驾驶员将油门踏板位置保持一定，由于道路阻力不 同，汽车行驶速度也会改变，这时发动机即沿速度特同，汽车行驶速度也会改变，这时发动机即沿速度特 性工作；性工作； 发动机转速作为速度特性横坐标；发动机转速作为速度特性横坐标； 纵坐标主要有效功率纵坐标主要有效功率P Pe e、转矩、转矩T Ttq tq、耗油率 、耗油率b be e、每小时耗、每小时耗 油量油量B B 等等 。 第四节 发动机速度特性 发动

7、机万有特性发动机万有特性 n负荷特性和速度特性只能表示某一转速或某一齿条位置负荷特性和速度特性只能表示某一转速或某一齿条位置 （或节气门开度）时发动机参数间的变化规律；（或节气门开度）时发动机参数间的变化规律； n汽车的工况变化范围很广，要分析各种工况下的性能就需汽车的工况变化范围很广，要分析各种工况下的性能就需 要许多张负荷特性或速度特性图，这样做极不方便要许多张负荷特性或速度特性图，这样做极不方便； n为了能在一张图上较全面地表示发动机的性能，经常应用为了能在一张图上较全面地表示发动机的性能，经常应用 多参数的特性曲线，称为万有特性；多参数的特性曲线，称为万有特性； n万有特性万有特性是以

8、转速为横坐标，以平均有效压力（或转矩）是以转速为横坐标，以平均有效压力（或转矩） 为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线，为纵坐标，在图上画出许多等耗油率曲线和等功率曲线， 根据需要还可以画出等过量空气系数曲线、等进气管真空根据需要还可以画出等过量空气系数曲线、等进气管真空 度曲线、冒烟极限等。度曲线、冒烟极限等。 第四节第四节 万有特性万有特性 典型万有特性典型万有特性 以转速为横坐标以转速为横坐标 以平均有效压力以平均有效压力 或扭矩为纵坐标或扭矩为纵坐标 等油耗线等油耗线 等功率线等功率线 等节气门开度线等等节气门开度线等 最内层的等曲线相当于最经济的区域。曲线越向最内层的等曲

9、线相当于最经济的区域。曲线越向 外外, , 越大。越大。 若曲线沿横向较长若曲线沿横向较长, , 则说明在负荷变化不大则说明在负荷变化不大, , 而而 n n变化较大的范围内变化较大的范围内, , 油耗变化较小。油耗变化较小。 适于车用、拖拉机适于车用、拖拉机, , 其最经济区大约在万有特性其最经济区大约在万有特性 曲线的中间偏上位置。曲线的中间偏上位置。 万有特性曲线的分析： 万有特性的对比 首先，汽油机的燃油消耗率比柴油机高；首先，汽油机的燃油消耗率比柴油机高； 其次，汽油机的最经济区域处在偏上的位置，即其次，汽油机的最经济区域处在偏上的位置，即 高负荷区，随负荷降低，油耗增加较快，而柴油

10、高负荷区，随负荷降低，油耗增加较快，而柴油 机的最经济区则比较适中，负荷改变时经济性能机的最经济区则比较适中，负荷改变时经济性能 变化不大。变化不大。 由于车用汽油机常在较低负荷下工作，燃油消耗由于车用汽油机常在较低负荷下工作，燃油消耗 率较大，故其使用经济性能不佳。率较大，故其使用经济性能不佳。 对于车用柴油机而言，由于多数用于载货汽车、对于车用柴油机而言，由于多数用于载货汽车、 工程机械、矿山车辆等场合，负荷率高，从万有工程机械、矿山车辆等场合，负荷率高，从万有 特性上可以看出其使用经济性较好。特性上可以看出其使用经济性较好。 万有特性的应用万有特性的应用 在万有特性图上，最内层的等燃油消

11、耗率曲线相当于在万有特性图上，最内层的等燃油消耗率曲线相当于 内燃机运转的最经济区域，等值曲线越向外，经济性内燃机运转的最经济区域，等值曲线越向外，经济性 越差。越差。 等燃油消耗率曲线的形状与位置对内燃机的实际使用等燃油消耗率曲线的形状与位置对内燃机的实际使用 经济性能有重要的影响。经济性能有重要的影响。 如果该曲线的形状在横向上较长，则表示内燃机在如果该曲线的形状在横向上较长，则表示内燃机在 负荷变化不大而转速变化较大的情况下工作时，燃负荷变化不大而转速变化较大的情况下工作时，燃 油消耗率变化较小。油消耗率变化较小。 如果曲线形状在纵向较长，则表示内燃机在负荷变如果曲线形状在纵向较长，则表

12、示内燃机在负荷变 化较大而转速变化不大的情况下工作时，油耗率变化较大而转速变化不大的情况下工作时，油耗率变 化较小。化较小。 万有特性的应用万有特性的应用 对于汽车用内燃机，最经济区域应大致在万有特性对于汽车用内燃机，最经济区域应大致在万有特性 的中间位置，这样常用转速和负荷就可以落在最经济区的中间位置，这样常用转速和负荷就可以落在最经济区 域内，并希望等燃油消耗率曲线在横向较长。对于拖拉域内，并希望等燃油消耗率曲线在横向较长。对于拖拉 机以及工程机械用内燃机，其转速变化范围较小而负荷机以及工程机械用内燃机，其转速变化范围较小而负荷 变化范围较大，最经济区域应在标定转速附近，并沿纵变化范围较大

13、，最经济区域应在标定转速附近，并沿纵 向较长。向较长。 如何提高实际使用条件下的燃料经济性，对于实现汽如何提高实际使用条件下的燃料经济性，对于实现汽 车的节能具有很大的实际意义，而提高负荷率是提高汽车的节能具有很大的实际意义，而提高负荷率是提高汽 油机燃料经济性最有效的措施，另一个重要的措施就是油机燃料经济性最有效的措施，另一个重要的措施就是 实现内燃机与传动装置的合理匹配。实现内燃机与传动装置的合理匹配。 万有特性的应用万有特性的应用 如果内燃机的万有特性不能满足使用要求，则应重新选如果内燃机的万有特性不能满足使用要求，则应重新选 择内燃机，或者对内燃机进行适当的调整，以改变万有择内燃机，或

14、者对内燃机进行适当的调整，以改变万有 特性。特性。 例如，适当改变配气相位来改变充量系数特性，或选例如，适当改变配气相位来改变充量系数特性，或选 择对转速不太敏感的燃烧系统，可以影响万有特性最择对转速不太敏感的燃烧系统，可以影响万有特性最 经济区域在横坐标方向的宽度；经济区域在横坐标方向的宽度； 降低内燃机的机械损失，提高低速、低负荷时冷却水降低内燃机的机械损失，提高低速、低负荷时冷却水 温和机油温度，都可以降低部分负荷时的燃油消耗率，温和机油温度，都可以降低部分负荷时的燃油消耗率， 在纵坐标方向扩展最经济区。在纵坐标方向扩展最经济区。 发动机与车辆的匹配 n发动机是车辆的一个总成，是汽车动力

15、的来源； n整车的动力性和经济性既取决于发动机自身的性能， 又依赖于发动机与汽车的合理匹配； n发动机的各种特性，是分析发动机与车辆匹配的有 效工具； n本节主要从两个角度改善发动机与车辆的匹配： 从提高动力性的角度 从提高经济性的角度 从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（一） n汽车的动力性可由三方面的指标评价： 汽车的最高车速 汽车的加速时间 最大爬坡能力 n变速器各档有不同的传动比，可将发动 机外特性转换成不同档位的驱动力与车 速的曲线； n由图看出，该车的最高车速在18Okmh 以上，在1档能爬上的最大坡度为55， 相应地还能计算其加速时间； n发动机外特性功率曲线与汽车行驶阻力 功

16、率图，表示发动机所拥有的后备功率； n后备功率愈大，爬坡、加速性能愈好，行驶中负荷率低，经济性差。 从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（二） n不同种类、不同排量的车辆，不可能用驱动力行驶阻力平衡图 直接比较其动力性的好坏，必须把驱动力与汽车质量结合起来，而 且还必须考虑到它们在行驶中遇到的空气阻力的差异； n将单位汽车质量的受力状况整理成一个无因次量（称为动力因数 D），可用以比较不同车辆的动力性； n通过选择合适的比功率与汽车总质量的乘积，可以估算出应配备的 发动机功率； n从结构紧凑性及减轻比质量的角度看，汽油机明显优于柴油机； n提高发动机动力性（增加升功率、降低比质量）的有效措施是采用 增压； n此外，采用多气门机构、汽油喷射等，也是改善发动机动力性的有 效措施。 从动力性的角度改善发动机与车辆的匹配（三） 从经济性的角度改善发动机与车辆的匹配（一） n汽车的燃油经济性常用按一定行驶规范行驶百公里 的燃油消耗量，或消耗一定量燃油行驶的里程来衡 量； n对车辆进行排放限制及燃油消耗的限制本来是两个 概念，不过两者在技术上常常是相互制约与相互关 联的； n各国法规逐年严格限制有害排放物的同时，还规定 了对轿车行驶油耗的限值标准。 从